在有机化学、药物化学、材料科学等领域的研究中，我们经常需要知道物质中碳、氢、氮、硫、氧等元素的含量。这些元素的含量信息对于鉴定未知化合物、确定分子式、评估物质纯度、研究反应机理等都至关重要。有机元素分析仪，就是这样一种能够快速、准确地测定有机物中元素含量的仪器。
有机元素分析仪：技术原理
有机元素分析仪，也常被称为CHN元素分析仪、CHNS元素分析仪或CHNOS元素分析仪，其核心原理是燃烧法：
- 样品称量：将微量样品（通常几毫克）精确称量后，放入样品舟或锡囊中。
- 燃烧：将样品舟送入高温燃烧炉中（通常为900-1200℃），在富氧条件下，样品迅速燃烧，其中的碳、氢、氮、硫元素分别转化为二氧化碳（CO2）、水（H2O）、氮气（N2）或氮氧化物（NOx）和二氧化硫（SO2）。
- 分离：燃烧产生的气体混合物经过分离系统，通常使用色谱柱或吸附柱，将CO2、H2O、N2、SO2等气体分离。
- 检测：分离后的气体依次进入检测器，通常使用热导检测器（TCD）或红外检测器（NDIR）进行检测。检测器测量每种气体的浓度。
- 数据处理：根据检测到的气体浓度，结合样品质量，计算出样品中各元素的含量（通常以重量百分比表示）。
对于氧元素的测定，通常采用高温裂解法。将样品在无氧条件下高温裂解，使其中的氧元素转化为一氧化碳（CO），然后测定CO的含量。
应用领域
有机元素分析仪广泛应用于各个领域：
- 有机化学：
- 鉴定未知有机化合物。
- 分析有机合成反应的产物。
- 确定有机化合物的分子式。
- 研究有机化合物的纯度。
- 高分子化学：
- 分析聚合物的元素组成。
- 研究聚合物的合成和改性。
- 药物化学：
- 分析药物的元素组成和纯度。
- 研究药物的合成和降解。
- 食品化学：
- 分析食品的营养成分，如蛋白质（氮含量）、碳水化合物等。
- 检测食品中的添加剂和污染物。
- 环境科学：
- 分析土壤、沉积物、水体中的有机污染物。
- 研究环境中有机物的来源和转化。
- 农业：
- 分析土壤、植物、肥料中的碳、氮等元素含量。
- 评估土壤肥力。
- 煤炭、石油：
- 分析煤炭、石油等燃料的元素组成，评估其品质和燃烧特性。
- 其他：
- 材料科学, 生物化学等.
样品要求与制备
- 样品状态：固体、液体、气体均可。
- 样品量：通常只需要几毫克。
- 样品均匀性：样品应尽量均匀，以保证测试结果的代表性。
- 固体样品：通常需要研磨成细粉。
- 液体样品：可以使用注射器直接进样，或吸附在惰性载体上。
- 挥发性样品: 需要使用密封的锡囊包裹.
- 样品称量: 样品需要使用高精度的天平进行精确称量.
测试中可能遇到的问题及解决
- 样品燃烧不完全：
- 原因：样品量过多、燃烧温度不够、氧气不足等。
- 解决：减少样品量、提高燃烧温度、增加氧气流量、添加助燃剂。
- 气体泄漏：
- 原因：连接管路漏气、密封圈老化等。
- 解决：检查连接管路，更换密封圈。
- 检测器污染：
- 原因：样品燃烧产物污染检测器。
- 解决：定期清洁和维护检测器。
- 基线漂移:
- 原因: 仪器未充分预热, 载气不纯, 燃烧管老化等.
- 解决: 充分预热仪器, 使用高纯载气, 更换燃烧管.
- 结果偏差大:
- 原因: 样品不均匀, 称量误差, 仪器未校准等.
- 解决: 充分混合样品, 使用高精度天平, 定期校准仪器.